Kesetimbangan Asam-Basa File

KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Kesetimbangan

Keadaan
ketika
reaksi
mencapai titik dimana konsentrasi
reaktan dan produk konstan
Na2CO3
+
CaCl2
=== 2NaCl
+
CaCO3
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Persamaan umum kesetimbangan
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Hitung konstanta kesetimbangan untuk reaksi:
2A + B === C
+ 3D
Diketahui:
Rx 1: A
Rx 2: A
Rx3:
C
Rx4:
F
+
+
+
+
B
E
E
C
===
===
===
===
D
C + D + F
B
D + B
K1 = 0,4
K2 = 0,1
K3 = 2,0
K4 = 5,0
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Persamaan keseluruhan:
2A + B ===
C
+
3D
Rx1 + Rx2 - Rx3 + Rx4
Rx3:
C + E === B
Reaksi 3 diubah arah menjadi:
Rx5:
B === C + E
K3 = 2,0
K5 = 1/K3 = 0,5
K reaksi keseluruhan = K1.K2.K5.K4 = 0,1
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Reaksi-reaksi yang umum digunakan dalam kimia analisa:
1. Reaksi pengendapan (presipitasi)
2. Reaksi asam-basa
3. Reaksi pembentukan senyawa kompleks
4. Reaksi oksidasi-reduksi
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Reaksi pengendapan
 Terjadi apabila dua atau lebih reaktan bergabung membentuk
endapan atau produk yang sukar larut. Reaksi bisa terjadi karena
pertukaran ion
Ksp  konstanta kesetimbangan untuk reaksi
dimana padatan terdisosiasi menjadi ionionnya
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Reaksi asam-basa
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Asam dan Basa
Asam (HA) dan Basa
MOH) Arrhenius
Asam (HA)
Bronsted-Lowry
Asam (HA)
Bronsted-Lowry
Disosiasi dalam
air membentuk Disosiasi dalam donor
air membentuk
H+
(+ A-)
OH(+ M+)
acceptorDisosiasi dalam
air membentuk
H3O+ + A-
H+
BH+ + OH-
Konstanta
terukur
Reaksi yang
terjadi
Konstanta
terukur
Ka
Transfer proton
Kb
Reaksi
kombinasi
netralisasi
BH+
Garam
MA(aq)
Monoprotik
HA
Air
H2O(l)
poliprotik
HxA
Asam
konjugasi B
ABasa
konjugasi HA
Asam
Lewis
Basa
Lewis
donor
acceptor
Pasangan elektron
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Konsep asam basa Arrhenius
-Asam  - substansi yang berdisosiasi dalam air untuk
menghasilkan ion H+
- asam kuat  asam yang berdisosiasi ke dalam dengan
jumlah besar (HCl, H2SO4)
- asam lemah  asam yang berdisosiasi hanya jumlah
sedikit (CH3COOH, HF)
-Basa  substansi yang berdisosiasi dalam air untuk
menghasilkan ion OHTeori Arrhenius ditujukan untuk larutan encer, tidak menghitung
basa seperti NH3 yang tidak mengandung OH-
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Dr. Yeni Rahmawati, MT.
Konsep asam basa Bronsted-Lowry
-Asam  substansi (molekul / ion) yang dapat memindahkan
proton (ion H+) ke substansi lain (proton donors)
-Basa  substansi yang dapat menerima proton (proton acceptors)
HA
Asam donor H+
+
B
Basa acceptor H+
==
BH+
Asam donor H+
Pasangan asam-basa konjugasi
+
ABasa acceptor H+
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Dr. Yeni Rahmawati, MT.
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Dr. Yeni Rahmawati, MT.
Asam kuat dan asam lemah
Asam kuat  molekul yang dapat mendonorkan semua proton ke
molekul pelarut
HCl(aq) + H2O(l)  H3O+(aq) + Cl-(aq)
Asam lemah  molekul yang hanya mendonorkan sebagian proton
ke molekul pelarut
CH3COOH(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + CH3COO-(aq)
Ka (konstanta disosiasi asam):
Ka

H O CH COO 

 1,75x10

3
-
3
CH3COOH
-5
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Asam lemah
monoprotik  asam yang hanya mendonorkan proton tunggal /
konstanta disosiasi asam tunggal (misal: asam asetat)
HCl(aq) + H2O(l)  H3O+(aq) + Cl-(aq)
poliprotik  asam yang dapat mendonorkan proton lebih dari satu,
umumnya dijelaskan dengan tahapan disosiasi asam (misal: asam
phosphoric)
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Penurunan konstanta disosiasi
asam
dari
Ka1
ke
Ka3
menunjukkan proton berturutturut lebih sulit dipisahkan
Berdasarkan kekuatan asam:
H3PO4 > H2PO4- >HPO42-
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Basa kuat dan basa lemah
Ke basa an larutan diukur dari konsentrasi ion hidroksida (OH-)
Misal: basa kuat NaOH
NaOH(aq)  Na+(aq) + OH-(aq)
Basa lemah  molekul hanya menerima sebagian proton dari
pelarut
CH3COO-(aq) + H2O(l) === OH-(aq) + CH3COOH(aq)
Ka (konstanta disosiasi basa):
Kb

CH3COOHOH- 

 5,71x10 -10
CH COO 
-
3
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Amphiprotic
 Molekul yang bertindak sebagai asam atau basa (misal: reaksi
kimia ion bikarbonat alam air)
HCO3-(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + CO32-(aq)
Ka = 4,69 x 10-11
HCO3-(aq) + H2O(l) === OH-(aq) + H2CO3(aq)
Kb = 2,25 x 10-8
Jadi bikarbonat adalah basa lebih kuat dibanding sebagai
asam
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Disosiasi air
 Air bisa menjadi molekul amphiprotik
H2O(l) + H2O(l) === H3O+(aq) + OH-(aq)
Kw = [H3O+] [OH-]
Pada T: 24oC, Kw = 1 x 10-14
Persen disosiasi asam
 Konsentrasi asam yang terdisosiasi dibagi dengan konsentrasi
awal asam dikali 100%
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Skala pH
- Didefinisikan sebagai pH = - log [H3O+]
- sebagai indikator keasaman suatu bahan
[H3O+] = [OH-]  kondisi netral
Kw = [H3O+]2 = 1 x 10-14
[H3O+] = 1 x 10-7
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Perhitungan Ka dan Kb
CH3COOH(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + CH3COO-(aq)
CH3COO-(aq) + H2O(l) === CH3COOH(aq) + OH-(aq)
Kw = Ka x Kb
Pada T: 24oC, Kw = 1 x 10-14
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Misal:
a) Hitung Kb untuk piridin (C5H5N) dengan Ka = 5,90 x 10-6
b) Hitung Kb untuk dihidrogen pospat (H2PO4-) dengan Ka
= 7,11 x 10-3
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Indikator asam basa  pendekatan pH menggunakan substansi
yang dapat berubah warna dalam rentang pH tertentu
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Perhitungan pH
1. Hitung pH dari 0,025 M HNO3
2. Berapa harga Ka untuk 0,25 HF dengan pH = 2,036
3. Hitung pH dan konsentrasi dari semua komponen yang
ada dalam 0,05 M HF
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Jawab:
1. pH = - log [H3O+] = 1,6
2. Ka = 3,52 x 10-4
3. pH = 2,40 ; [H3O+] = [F-] = 4 x 10-3 M ; [HF] =
0,046 M ; [OH-] = 2,5 x 10-12
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Jawaban no 3:
Tahap 1: komponen yang ada HF (asam) dan H2O (basa)
Tahap 2: reaksi transfer proton yang mungkin terjadi
HF(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + F-(aq)
Ka = 3,5 x 10-4
H2O(l) + H2O(l) === H3O+(aq) + OH-(aq) Kw = 1 x 10-14
Tahap 3: reaksi utama
Ka >> Kw  reaksi utama adalah disosiasi HF
Tahap 4:
Reaksi utama:
HF(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + F-(aq)
Konsentrasi awal
0,05
Reaksi
-x
x
x
Konsentrasi setimbang
0,05 – x
x
x
Tahap 5: persamaan kesetimbangan
H O F  


Ka
3
HF
-
x.x
 3,5 x104
0,05 - x 
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Tahap 6: konsentrasi yang besar
[H3O+] = [F-] = x = 4 x 10-3 M
[HF] = 0,05 – x = 0,046 M
Tahap 7: konsentrasi yang kecil
[OH-] = Kw/[H3O+] = 2,5 x 10-12 M
Tahap 8: perhitungan pH
pH = - log [H3O+] = 2,4
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Tahapan untuk menghitung
konsentrasi pada kesetimbangan
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Soal:
1. Diketahui reaksi antara bahan kimia A dan B menghasilkan C dan
D, dimana konstanta kesetimbangan 0,3. Asumsi 0,2 mol A dan 0,5
mol B dilarutkan dalam 1 liter dan terjadi reaksi. Hitung konsentrasi
reaktan dan produk dalam kesetimbangan!
2. Konstanta kesetimbangan untuk reaksi H2 dengan I2 adalah 37
pada 700K
H2(g) + I2(g) === 2HI(g)
K = 37 pada 700K
Jika 1 mol H2 direaksikan dengan 1 mol I2 dalam 1 liter, berapa
konsentrasi H2, I2 dan HI dalam kesetimbangan?
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
3. Hitung konsentrasi Pb2+ dan IO3- jika diketahui konstanta
kesetimbangan Pb(IO3)2 dengan reaksi:
Pb(IO3)2(s) === Pb2+(aq) + 2IO3-(aq)
Ksp = 2,5 x 10-13
4. Hitung pH 0,1 M Na2HPO4
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Reaksi Kompleks
Teori Lewis  menggunakan pemecahan dan pembentukan
ikatan kovalen untuk menjelaskan karakteristik
asam-basa (banyak digunakan untuk reaksi antara
ion logam dan ligan)
Asam : penerima (acceptor) pasangan elektron
Basa : pemberi (donor) pasangan elektron
Ligan : basa lewis yang berikatan dengan ion logam
Cd2+(aq) + 4(:NH3)(aq) === Cd(:NH3)42+(aq)
Produk reaksi: kompleks logam-ligan
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Konstanta pembentukan untuk reaksi
 Konstanta kesetimbangan untuk reaksi antara logam dan ligan
yang berikatan membentuk kompleks logam-ligan (Kf)
CdNH    5,5x10

2
Kf
Cd NH 
3 4
2
7
4
3
Konstanta disosiasi
 Konstanta kesetimbangan untuk reaksi dimana kompleks
logam-ligan terdisosiasi membentuk ion logam tidak kompleks
dan ligan (Kd)
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Reaksi bertahap:
Cd2+(aq)
Cd(NH3)2+(aq)
Cd(NH3)22+(aq)
Cd(NH3)32+(aq)
+
+
+
+
NH3(aq)
NH3(aq)
NH3(aq)
NH3(aq)
===
===
===
===
Cd(NH3)2+(aq)
Cd(NH3)22+(aq)
Cd(NH3)32+(aq)
Cd(NH3)42+(aq)
Konstanta pembentukan bertahap  konstanta pembentukan untuk
kompleks logam-ligan yang mana hanya ligan yang ditambahkan ke
ion logam / kompleks logam-ligan (misal: K1,K2,K3…dst)
Konstanta pembentukan kumulatif  konstanta pembentukan untuk
kompleks logam-ligan yang mana dua atau lebih ligan ditambahkan
secara simultan ke ion logam / kompleks logam-ligan (bi)
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Konstanta pembentukan kumulatif:
bi = K1 x K2 x K3 x…x Ki
Misal:
Reaksi
AgCl(s) + Cl-(aq) === AgCl2-(aq)
Reaksi dapat dipisah menjadi reaksi kelarutan AgCl dan
pembentukan bertahap:
AgCl(s) === Ag+(aq) + Cl-(aq)
Ag+(aq) + Cl-(aq) === AgCl(aq)
AgCl(aq) + Cl-(aq) === AgCl2-(aq)
, Ksp
, K1
, K2
K reaksi keseluruhan = Ksp x K1 x K2
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Larutan Buffer
Larutan yang mengandung pasangan asam lemah / basa
lemah konjugasi yang menghambat perubahan dalam pH
ketika asam kuat / basa kuat ditambahkan (misal campuran
asam asetat dan natrium asetat)
CH3COOH(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + CH3COO-(aq) Ka = 1,75 x 10-5
Hubungan antara pH buffer asam-basa dan jumlah relatif CH3COOH
dan CH3COO- diturunkan dengan persamaan:
pH  pK a


CH COO 
CH COO 
 log
 4,76  log
-
3
CH3COOH
-
3
CH3COOH
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Persamaan umum Buffer
Terdiri dari asam lemah (HA) dan garam dari basa konjugasi (NaA)
NaA(aq) === Na+(aq) + A-(aq)
HA(aq) + H2O(l) === H3O+(aq) + A-(aq)
2H2O(l) === H3O-(aq) + OH-(aq)
Karena konsentrasi dari Na+, A-, HA, H3O+ dan OH- tidak diketahui
maka diperlukan 5 persamaan untuk mendefinisikan konsentrasi
Kw = [H3O+] [OH-]
(1)

H O A 


Ka
-
3
HA 
(2)
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Neraca massa HA dan Na+
CHA + CNaA = [HA] + [A-]
CNaA = [Na+]
(3)
(4)
Neraca perubahan
[H3O+] + [Na+] = [OH-] + [A-]
(5)
Subs pers. 5 ke 4
[A-] = CNaA - [OH-] + [H3O+]
Subs pers. 63 ke 6
[HA] = CHA + [OH-] - [H3O+]
(6)
(7)
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Persamaan umum pH untuk larutan buffer
Jika konsentrasi awal asam lemah dan basa lemah > [H3O+] dan
[OH-], persamaan menjadi:


 


C NaA  OH- H 3O 
C NaA
pH  pK a  log
 pK a  log

C HA  OH  H 3O
C HA

Persamaan Henderson-Hasselbalch
 Persamaan yang menunjukkan hubungan antara pH buffer
dan jumlah relatif asam lemah dan basa lemah konjugasi buffer
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Soal:
1. Hitung pH buffer dari campuran 0,02 M NH3 dan 0,03 NH4Cl,
selanjutnya berapa pH setelah ditambahkan 1 mL 0,1 M NaOH ke
dalam 0,1 L larutan buffer tersebut?
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Aktivitas dan koefisien aktivitas
Aktivitas  konstanta kesetimbangan dihitung menggunakan
besaran thermodinamika (untuk larutan pekat)
ai = Ci x fi
Ci = konsentrasi ion i
fi = koefisien aktifitas
c
d
c
d
c
d
a C xa D
f C xf D C xD 
K a b  a b 
a A xa B f A xf B
Aa xB b
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Kekuatan ionik
 metode kuantitatif untuk melaporkan komposisi ionik dari
larutan yang memberi pengaruh cukup besar terhadap ion
bermuatan
zi = muatan ion pada masing2 komponen
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
KESETIMBANGAN ASAM BASA
Materi Kimia Analisa
Reaksi Oksidasi Reduksi
Elektron tidak dibagi, tetapi dipindahkan dari satu reaktan ke
lainnya
Oksidasi
 kehilangan elektron
Reduksi
 mendapat elektron
Oksidator
 molekul yang menerima elektron dari molekul
lain (oxidizing agent)
Reduktor
 molekul yang memberi elektron ke molekul lain
(reducing agent)
reduktor
oksidator